격자상수의 변화는 밀도 함수 이론(DFT) 계산에 따라 상변화에너지 장벽 을 감소시켜 낮은 온도에서도 상전이를 일으킬 수 있는 것으로 보고되고 있 다[]. 따라서 상전이를 이용한 전기변색소자에서는 격자상수 또한 중요한 요 소로 작용될 것으로 예상된다.
X-ray 회절분석의 원리는 그림 11에 나타내었으며, 임의 결정의 원자사이 의 간격이 d이고 원자는 평행한 격자면(A, B, C)으로 배열된다. 결정에서의 파장 λ의 X-선은 입사각 θ에 의해 조사된다. 그뒤 X-선이 원자에 의해 모 든 방향으로 흩어지게 된다. 또한 X-선은 간섭효과에 의해 강화된다. 이 현 상을 회절현상이라 하고 X-선 발생 회절 현상을 X-선 회절이라고 한다. 입 사 X-선 파장(λ)과 입사각(θ)과 격자면(d) 사이에 회절현상이 발생하면 다음 식 과 같은 관계가 성립된다. 이식을 브래그 방정식이라고 한다.
X-선의 입사각(θ)이 결정되면 격자면 간격(d)이 결정됨을 알 수 있다. 일반 적으로 X-선 회절은 입사각 θ보다 2θ(회절각)가 사용된다. 그 이유는 측정 시스템의 기하학적 배열에 잘 반영되어 있다. 회절 X-선 세기를 기록할 때 강도는 복수의 상이한 회절 피크로부터 얻어질 수 있다. 결정구조는 재료와 가르고 회절 유형(패턴)은 재료의 고유한 값이다.
측정에 나온 2θ 값과 반치폭 값을 이용하여 결정립크기를 구할 수 있는데,
cos 과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 D는 결정립크기를 의미하 며, k는 결정질 모양에 따른 상수 값으로 본 논문에서는 0.94의 값을 사용하 였다. λ는 Cu Ka방사선의 파장으로 1.5406 [Å], β는 반치폭, θ는 입사광선과 산란평면 사이의 각도인 브래그 각을 나타낸다. 제작된 박막의 경우 일반적 으로 여러 동소체를 가진 비금속으로써 6방 정계(hexagonal) 형태의 구조를 가지므로 식
을 통해 격자상수를 계산할 수 있다.
여기서 d는 격자간 거리를 의미하며, h, k, l은 밀러지수, a와 c는 격자상수를 의미한다. 격자간 거리 d와 피크를 통한 밀러지수의 값을 알면 각 연립방정
식을 이용해 격자상수 a와 c의 값을 구할 수 있게 된다. 격자상수 값이 구해 지게 되면 식 × 와 같이 단위 셀 체적을 구할 수 있는데, 이 값 육각평면에 높이를 곱한 값과 같다.
제작된 칼코게나이드 화합물 박막의 비정질-결정질 상태의 조성은 에너지 분산형 분광분석법(energy dispersive x-ray spectroscopy, EDS)에 의해 측 정되었다. EDS는 전자주사현미경(SEM)에 부착되어 사용하는 성분분석이 가 능한 장비이다. 기본적인 원리는 시료에 전자빔을 주사하면 원자가 에너지를 받아 여기상태가 되는데, 여기된 전자가 안정화 되면 특정 X-선을 방출하게 된다. 이때 물질마다 방출되는 X-선의 고유 에너지가 다르기 때문에 이 값을 통해 물질을 이루는 성분을 분석하는 방식이다. EDS의 장점은 조작이 간단 하고 분석시간이 빠르며, 현미경을 통해 측정하고자 하는 부분의 선택적 측 정이 가능한 것이다. 시료의 크기가 제한적이며 유기성분에 대한 신뢰도가 낮으며, 고체 상태만 가능하고 전처리를 필요로 하는 단점이 있다. 하지만 본 논문에서는 EDS의 단점으로 인한 영향이 없는 무기물 삼원화합물 박막을 측 정하였기 때문에 신뢰도에는 영향이 없을 것으로 판단된다.
제작된 칼코게나이드 화합물 박막의 비정질-결정질 사이의 광학적 특성 변 화를 측정하기 위해 자외선-가시광 분광 광도계(UV-visible spectrophotometer) 를 사용하였다. 투과율 및 반사율을 측정하여 비정질-결정질 사이의 광학대비 를 분석하였으며, 계산식을 통해 흡수계수 및 광학 밴드갭 등을 구할 수 있 었다. 일반적인 분광광도계의 원리는 비교적 간단하다. 자외선(ultra violet) 및 가시광선은 회절격자로부터 성분파장으로 분리된다. 그 다음 각 단일 컬 러빔은 반투명 미러장치에 의해 두 개의 동일한 강도의 빔으로 분할된다. 하 나의 빔(시료빔)은 투명한 용매에서 측정하고자하는 시료를 포함한 작은 투 명용기를 통과한다. 다른 하나의 빔(레퍼런스빔)은 용매가 포함된 동일한 용 기를 통과하게 된다. 이 두 전자빔의 강도를 검출기에 의해 측정하고 비교해 샘플의 특성을 측정하게 된다.